DISEÑO DE UNA ÓRTESIS PARA PACIENTE CON LESIÓN DE LA MÉDULA
ESPINAL A NIVEL C5 QUE REQUIERE ESTABILIZACIÓN DEL PULGAR EN POSICIÓN PINZA
AGARRE.
Población de estudio: paciente con lesión de la médula
espinal a nivel C5 y se requiere estabilizar el pulgar en oposición pinza de
agarre.
INTRODUCCIÓN
El sistema óseo-articular
del miembro superior se presenta como uno de los sistemas con mayor complejidad
en la anatomía humana y la necesidad de presentar soluciones de recuperación de
deficiencias motoras, conduce a involucrar las técnicas de ingeniería para
desarrollar planes de tratamiento eficaces que mejoren y consideren en mayor
grado todos los factores involucrados en la biomecánica de esta extremidad.
El estudio del movimiento
del cuerpo humano en condiciones normales, es la base de la terapéutica de
lesiones neuro-musculares en la rehabilitación de pacientes. Una de las
lesiones neuro-musculares más común es la parálisis o la pérdida de la
movilidad voluntaria en una parte del cuerpo de manera transitoria o
permanente, originada por una enfermedad o lesión periférica o central. Durante
la enfermedad o lesión el paciente experimenta alteraciones de la sensación, que
pueden variar desde la disminución de la sensibilidad hasta la pérdida total de
la sensación, además de la incapacidad de controlar algunos músculos, que se
tornan rígidos y pueden llegar a atrofiarse.
Se puede distinguir
parálisis en niveles bajos y altos de los nervios cubital, radial y mediano,
así como combinaciones de estas. Las deformaciones en las estructuras del sistema
musculo esquelético (huesos, músculos y articulaciones), ocasionadas por estos
trauma, son tratadas por la ortopedia con métodos de rehabilitación donde se
puede incluir el uso de férulas como un alternativa de solución; la férula es
empleada para la inmovilización y/o ejercitación de la parte afectada (luxada o
paralítica), que conviene mantener en reposo, en buena posición o en descarga.
De acuerdo a la
Organización Internacional de Estándares (ISO), una órtesis es un dispositivo
utilizado para soportar, alinear corregir deformidades, con el fin de modificar las características funcionales o
estructurales del sistema neuronal–muscular–esquelético.
IDENTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD
Las personas que han
sufrido una lesión completa de la médula espinal en C5, suelen presentar un
movimiento “falso” de tenodesis como resultado del encogimiento natural de los
tendones flexores.
Esto puede aumentar la dependencia física del sujeto y dificultarle el uso de
ayudas técnicas.
La extensión de la muñeca
provoca la flexión natural de los dedos y la aducción y flexión del pulgar. La
flexión de la muñeca hace que los dedos se extiendan en todas las
articulaciones y provoca la abducción y extensión del pulgar; la tenodesis ocurre de forma natural a veces
es necesario facilitarla para asegurarse de que los tendones realicen
contracción con eficacia, específicamente los flexores del pulgar.
Figura 1. Patrón pasivo de tenodesis.
Figura
2. Extremidad superior con tenodesis.
En la
actualidad existen férulas tipo tenodesis que son dispositivos (abarca el
antebrazo, la mano y los dedos I a III) que facilitan el patrón de agarre, para
las personas que presentan secuelas de cuadriplejia o lesiones a nivel de
C5-C6, y que no logran realizar un movimiento voluntario de los dedos, pero
conservan la capacidad de flexionar y extender su muñeca.
Figura 3. Férula tipo tenodesis.
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
En la actualidad no se
encuentran escuelas especializadas en
órtesis, solo tres reciben reconocimiento de la Sociedad Internacional de
Ortésis y Prótesis (ISOP); se presenta una problemática relacionada con las
terapias e instrumentos de rehabilitación de pacientes con parálisis de
miembros superiores, es por eso que se debe contar con los instrumentos
portátiles que apoyen y ayuden en el proceso de rehabilitación muscular (a fin
de restaurar su movilidad) y articular de miembros superiores, con la selección
apropiada de materiales, diseño ergonómico y teniendo en cuenta las variables
antropométricas del individuo y las capacidades de estos equipos.
Así mismo las personas
que presentan problemas en las extremidades superiores, especialmente las manos
son susceptibles a sufrir de contracturas la elevación y rotación externa del
hombro, la extensión del codo y la prono-supinación del antebrazo.
Se debe prestar atención
a la mano de estas personas a través de uso de férulas, manoplas y rodillos,
las cuales permiten mantener la extensión de la muñeca, los balances de las
articulaciones mecarpofalángicas libres, la amplitud del primer espacio
interdigital y además estimular el acortamiento de los tendones flexores
comunes más profundos de los dedos para facilitar, en la etapa de
rehabilitación, el aprendizaje de la pinza por efecto de la tendonesis.
DISEÑO
Para el diseño del
prototipo de la férula, es necesario tener en cuenta diversos aspectos naturales,
los cuales deben contribuir satisfactoriamente en la búsqueda de un adecuado diseño
a partir de la selección adecuada de los
materiales, diseño ergonómico y teniendo en cuenta las variables
antropométricas del individuo buscando solucionar la lesión del paciente.
La férula que se diseñará,
permitirá la postura adecuada de la extremidad superior, tendrá la capacidad de
rehabilitar, libertad y el control del movimiento en todas las articulaciones (flexión-extensión
de la muñeca y dedos), así como promover la posición de los movimientos
normales y el paciente alcanzar cierta independencia en actividades de higiene, de escritura, y
de alimentación.
Los mecanismos básicos de
operación para el prototipo se
basaran en criterios y variables de
importancia que permitan obtener un producto sencillo, funcional, innovador, ligero,
duradero y compacto. La adaptabilidad permitirá una colocación y acomodo de la
férula en el paciente, incentivando una disminución de los factores
psicológicos negativos y de inseguridad, factores cosméticos (forma, tamaño, volumen
y peso adecuado) también son considerados en el diseño, al igual que otros factores
tales como: ruido, costo, capacidad de movimiento, capacidad prensil y procesos
de fabricación y ensamblaje.
- Criterios:
Tabla 1. Criterios
La etapa de diseño del prototipo
de la extremidad superior se puede observar en el siguiente vídeo:
Como procedimiento experimental se desarrolló un modelo 3D a escala real
(1-1) del miembro superior que se dispone a ser intervenido dentro del plan de
soporte de movilidad para un paciente con una lesión lumbar.
Se implementó el uso de la herramienta FastScan, es un sistema portable de
eficaz uso para sedimentar un estudio 3D de cualquier objeto en un ambiente
determinado, su funcionamiento se basa en por medio de dos cámaras unidireccionales
capturar en tiempo real el reflejo de un haz de luces emitido hacia el objeto
que se pretende escanear, proporciona una nube de puntos, donde cada punto
equivale a una posición dentro de un marco de referencia establecido guiada por
el punto exacto en donde se refleja el haz de luz; los datos de cada haz/punto
son redirigidos a un ordenador que cuenta con el software consecuente para
interpretar la información que este transductor genera.
Figura 4. Herramientas utilizadas.
En el prototipo 3D que se pretende
obtener se realiza la toma de datos con una persona que no presenta ningún tipo
de deficiencia muscular o motora, ninguna patología asociada a la limitación de
movimientos. Se siguen recomendaciones determinantes, que prestan los manuales
para la toma de datos adecuada como: la superficie no puede ser de tez oscura,
de lo contrario el escáner no la tomara de forma correcta, el objeto debe
permanecer totalmente inmóvil, se debe procurar realizar la toma de datos de
forma certera para evitar un gran número de puntos en el diseño, etc.
Nuestro
procedimiento.
Nube de puntos adquirida, tras establecer el sistema en condiciones
óptimas para escanear, los datos adquiridos reflejan la forma del objeto
sometido al haz de luces, en nuestro caso la mano derecha en posición de pinza.
Cabe recalcar que presenta a su alrededor unos datos que no son objeto de
estudio para el desarrollo del modelo en 3D, y serán suprimidos, de cierta
forma en el procedimiento mostrado a continuación.
Figura 5. Diseño de la mano escaneada en nube de puntos.
Se ejecuta el asistente de preparación de mallas para darle solides a la
nube de puntos adquirida por medio de la herramienta ScanTo3D del programa
SolidWorks, y seleccionamos dicha nube que se desea preparar o limpiar.
Figura 6. Diseño utilizando las mallas para dar solides a la nube de puntos.
Paso siguiente se le da una orientación automática a la nube de puntos o
por consiguiente una orientación acorde al criterio como se desea trabajar el
diseño.
Ahora en los siguientes tres pasos siguientes se pretende eliminar dichos
datos reflejados que no son incluidos dentro de la elaboración de diseño,
llamados ruido en la adquisición, sin ellos el modelo tomara la forma deseada,
de lo contrario estos puntos extraños le restaran a la forma que queremos
obtener y complicara nuestro diseño.
Figura 7. Eliminación de datos que no serán incluidos en el prototipo.
Ahora viene la parte de simplificación de puntos,
aquí podemos disminuir el número de puntos totales diferentes a los que se
adquirieron con la toma, y con una especificación de uniformidad prestada por el programa el modelo se presta
para una forma más definida.
Figura 8. Simplificación de puntos de la mano.
Muestra a continuación parcialmente hacia donde va orientado el fin del
diseño, con ayuda de la herramienta ahora se debe definir la suavidad de la
superficie del mismo, para que no tome una apariencia cristalina, o deforme. Y
por medio de la herramienta orientada taladro se realizara el complemento de
aquellos planos que no quedaron entrelazados.
Figura 9. Orientación del prototipo.
Este es el diseño final logrado después de cada
uno de los pasos del asistente de mallas, se tiene la base principal para
generar a partir de él, un modelo físico, cuya silueta actuara como molde para
el desarrollo de la alternativa de solución que bajo criterios de diseño se
logre identificar como más fiable.
Posteriormente,
y con el diseño final logrado mediante cada uno de los pasos del asistente de
creación de mallas de SolidWorks, guardamos nuestro sólido como archivo *.STL,
para ser abierto en otro software denominado Autodesk 123DMake, el cual, nos
permitió transformar nuestro diseño final en un patrón de corte mediante
instrucciones de montaje en una creación física.
Figura 11. Diseño importado al software 123DMake.
La
facilidad que brinda este programa y la comodidad a la hora de trabajar con él,
es de carácter destacable, el modelo y cualquier objeto de diseño 3D puede ser
seccionado al deseo del usuario del software, como primer paso se debe identificar el material con el que se va a proceder a trabajar, en este caso, el material es MDF con un espesor de 3 mm, este material no se encuentra especificado dentro de la base de datos o librería del programa, por lo cual, debemos crear las especificaciones de este material; para el modelo en sección se puede implementar una sección de
bloques interconectados o una sección de capas; nuestro diseño se realizó en una
sección de capas para posteriormente ser interconectado de manera manual con
ayuda de un agente adherente.
Figura 12. Capa a capa se desarrolla y se da forma al modelo.
Otra
gran ventaja es que el software te enumera e identifica cada una de las piezas
y te genera una guía de cómo se deben interponer una sobre otra cada una de
ellas, hasta llegar al modelo solido.
Figura 13. Modelo solido.
Después de realizada la adecuada configuración de nuestro diseño final
en el programa Autodesk 123D, lo guardamos nuevamente, esta vez como un archivo
tipo PDF, con el fin de llevar este archivo al programa INSKCAPE, que nos
facilitaba el organizar las piezas de tal manera que se pudiera reducir la
cantidad de material invertido en el diseño.
A
partir del diseño de planos generado por INSKCAPE se guarda de nuevo en formato
.dxf, esta vez para ser abierto en el software utilizado por la máquina de
corte láser de la Universidad Autónoma de Occidente. La máquina de corte láser,
es una máquina cuya fuente de energía es un láser que concentra luz en la
superficie de trabajo. Una de las ventajas de la utilización de esta máquina, es que su accionamiento es
robotizado, para mantener constante la distancia entre el electrodo y la
superficie exterior de la pieza, tal y como lo apreciamos en el siguiente vídeo Cabe resaltar que el corte de cada una de las piezas se realizó sobre
material conocido como MDF, con espesor de 3.0 mm.
Figura 14. Resultado de los cortes.
Una
vez realizados los cortes para todas las piezas, llevamos a cabo el proceso de
ensamblaje de cada una de las piezas.
Figura 15. Resultado de los cortes.
Paso a paso se realizo el acople entre cada una de las piezas previamente cortadas, se utilizo un adherente denominado bóxer, se tuvo en cuenta con ayuda de la herramienta del software 123DMake "Pasos de ensamblaje" cual seria la posición correcta de la pieza.
Figura 17.Modelo físico final.
